“揭秘”脑机接口技术的安全风险

脑机接口技术虽仍未被大规模商用,但其战略价值与安全风险已引发国际技术政策界的关注。

2023年2月21日,据美媒报道,继去年10月出台限制中国获取人工智能和超算等相关技术所需的芯片技术后,美商务部正考虑对中国禁运脑机接口技术。什么是脑机接口技术?其发展态势如何?战略意义与安全风险何在?

什么是脑机接口技术?

对脑机接口最著名的描写莫过于1999年上映的由基努·李维斯主演的系列电影《黑客帝国》。电影中,以年轻的人类黑客尼奥为首的“人类反抗组织”历经波折回到现实世界,才发现自己此前一直处在虚拟空间,所依赖的乃是插在脑后的一根电缆。当然,现实中的脑机接口并没有这样“简单粗放”。

脑机接口技术,英文称Brain-Computer Interface(BCI)或Brain-Machine Interface(BMI),是一种在人或动物的大脑(或脑细胞的培养物)与计算机或其他电子设备之间建立起通讯与控制连接的生物信息技术。脑机接口的技术路线主要有三种:一种是“侵入式”,通过开颅手术等方式将多个电极植入到大脑皮层内部,直接获取不同的脑内神经元发出的电信号;一种是“非侵入式”,即无需手术,只通过戴在头上形似“头盔”的穿戴设备感应大脑不同部位发出的脑电波;还有一种则称为“半侵入式”,虽然同样需要进行开颅手术,但只将其植入在大脑皮层之外,通过更近的感应距离提高脑电波感应的灵敏度。

对脑机接口技术的研究发端于20世纪70年代的美加州大学洛杉矶分校(UCLA),其初始研究得到了美国家科学基金会(NSF)与美国防部高级研究计划局(DARPA)的资助,可谓“含着金钥匙出生”。1989年,美国又动员国内学者进行脑科学研究计划,还将20世纪最后10年命名为“脑的十年”。2013年4月,白宫提出旨在探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图的“脑计划”,媒体普遍认为该计划的重要性可与人类基因组计划相媲美。该计划将在12年中投入45亿美元,目前已接近投资尾声。我国自2010年起开始投资脑科学领域,且资金不断增长,从2010年的每年约3.48亿提升至2013年的每年5亿元人民币,并于2016年将“脑科学与类脑研究”列入“十三五”规划纲要,力争在未来15年内在脑科学与类脑智能器件方面取得国际领先成果。

脑机接口技术仍未得到大规模推广,其主要应用场景是在残障人士的医疗康复领域:对于四肢残疾的患者,脑机接口能够利用“幻肢效应”使其通过意念控制电控轮椅或假肢;对于神经疾病患者,脑机接口能够及时感应病发时的脑电波,及时控制植入体内的微纳医疗设备投药抑制病发过程;对于应激创伤等心理疾病患者,脑机接口能够通过改变病患脑电波模式的方式,抑制抑郁、焦虑等情绪的发生;对于先天性耳聋患者,脑机接口能够将麦克风拾取的声音转化为脑电波,从而实现复聪。

而在未来,脑机接口技术有望帮助人类突破种种生理极限,借助科技手段全面提升人体机能。如人工智能与脑机接口相结合,能够使人以前所未有速度进行阅读和学习,借助自动翻译无障碍理解全球各国语言,利用人脑进行此前唯有计算机能够进行的复杂运算。这将大大改变目前受人的寿命和人体自身能力限制而趋于停滞的基础科学研究面貌,使种种在没有人工智能辅助下无法被发现或总结的科学规律得到发现。脑机接口还可以通过与一系列生物信息技术相结合的手段提早检测出人体发生的异变,在预防中风、老年痴呆等方面发挥作用。

脑机接口的四大安全风险

尽管脑机接口仍处于大规模商用的前夜,但其战略价值与安全风险已引发国际技术政策界的关注。

其一,脑机接口将使网络攻击的代价急剧上升。目前,网络攻击仍然很少造成人员伤亡,后果最严重的案例主要出现在对关键基础设施的攻击上。但随着脑机接口等与人体直接发生互动的电子设备的普及,网络安全将成为成为性命攸关的问题。黑客可能利用恶意软件来拦截或窃取,甚至是篡改脑信号数据。如果脑机接口将脑信号翻译为错误的语言或指令,也可能会对用户造成危害。

其二,脑机接口将带来新军事变革。自诞生之初,脑机接口技术就得到美军方高度关注,目前其应用主要体现在两个方面。一是利用便携植入式脑机接口,以电信号刺激人体神经,实现士兵身脑素质提升,打造“超级士兵”。如兰德公司报告《脑机接口军事应用和影响初步评估》中就指出,脑机接口可有效在战场上减轻人体痛觉,抑制恐惧心理,并提高人类士兵在关键时刻的决策速度和准确性。若将其与外骨骼与脑控武器装备结合起来,将不仅仅是一种战术优势,更是核心战略优势。

二是充分发挥脑机接口后方操控能力,在战场上实现“无人战争”。如美国防部高级研究计划局(DARPA)在2015年就启动了名为Brain-Swarm Interaction and Control Interfaces的研究项目,能够赋予飞行员以意念同时操控飞机与多架无人机的能力。DARPA生物技术办公室的负责人贾斯丁·桑切兹称:“截至今天,大脑信号已经能够用于下达命令,并且同时操控三种类型的飞机。”可以想见,一旦相关技术未来在美军中得到大规模应用,将使美初步具备发起“无人战争”的能力,使其在面对他国的区域拒止战略时损失更小、顾虑更少。

其三,脑机接口将击破人脑保密最后防线。正如前文提到的那样,脑机接口拥有将人所听到的一切转化为数据并由机器解读还原成音频的能力,未来在视觉乃至记忆读取方面出现类似的技术恐怕只是时间问题。而一旦脑机接口技术如同今天的智能手机一样大范围普及,即使部分人出于各种原因拒绝佩戴,外国情报机构依然可以借助其身边佩戴设备的人,或与目标在生理、教育、职业等各方面都十分相近的其他人的思维模式,大致准确地推断出目标的思维模式,再利用大数据分析的方式予以印证。这势必使得保守国家秘密面临比今天更加困难的局面。

其四,脑机接口将加深对人的“思想控制”。美国乔治城大学安全与新兴技术中心首席分析员威廉·汉纳斯指出,脑机接口不仅能够让人脑控制机器,反之亦然,即使用机器发出的电波信号,调节人的情绪。这一技术领域被称为“情感计算”(affective computing),并随着解读脑电波理论的不断发展,可能在不远的将来实现对人脑记忆的擦除和覆盖,进而实现“神经元层次的思想控制”。由于当前软件算法的不透明特性,这就可能导致各国民众的思想受到比互联网虚假信息更严重的、且是字面意义的“洗脑”,使意识形态斗争“代码化”,给各国维护政治独立与自主带来严峻挑战。

(作者单位:现代院科技与网络安全研究所)

转自:http://www.cssn.cn/gjaqx/202303/t20230303_5600894.shtml

盐碱地也能变丰收田

10月21日上午,习近平总书记来到黄河三角洲农业高新技术产业示范区考察调研,走进盐碱地现代农业试验示范基地,察看大豆、苜蓿、藜麦、绿肥作物长势,了解盐碱地生态保护和综合利用、耐盐碱植物育种和推广情况。他特别强调:“18亿亩耕地红线要守住,5亿亩盐碱地也要充分开发利用。如果耐盐碱作物发展起来,对保障中国粮仓、中国饭碗将起到重要作用。”总书记的这番话道出了盐碱地的重要作用,也为当前我国盐碱地综合治理指明了方向。

  盐碱地是我国极为重要的后备耕地资源,挖掘盐碱地潜力,开展盐碱地综合利用,对于粮食安全有着特殊意义。当前盐碱地的分布情况是怎样?综合治理的痛点和难点在哪里?如何通过生态化利用将盐碱地变成丰收田?带着这些问题,近日,本报记者采访了相关专家。

  科技示范

  激发盐碱地粮食生产潜力

  一片滨海盐碱地,变身优质良田。这样的变化发生在河北、山东、辽宁和天津等环渤海省市的低平原区。据了解,2013年,国家科技支撑项目“渤海粮仓科技示范工程”启动,针对盐碱荒地和中低产田,重点突破土、肥、水、种等关键技术,主要解决环渤海地区4000多万亩中低产田和1000多万亩盐碱荒地的粮食生产和现代农业发展问题。

  “历经5年时间,示范工程带动了区域中低产区粮食增产增效,夯实了我国粮食安全基础。累计实现增粮209.5亿斤,节本增效185亿元,节水43亿立方米,为藏粮于地、藏粮于技战略的实施发挥了重要作用。”作为“渤海粮仓科技示范工程”首席专家、中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心刘小京研究员把这项工程的效益账算得很明白。

  盐碱地是指土壤含有过量可溶性盐类的土地,它的形成除了受到气候、地理、水流等条件影响,还与不合理的耕作管理有关。目前,全世界现有灌溉土地中约有一半存在土壤次生盐碱化的威胁,大部分新开垦的盐碱荒地因灌溉与排水措施不当,产生新的土壤盐碱化问题。

  我国耕地土壤盐渍化主要发生在干旱区和半干旱区的灌溉农业和补充灌溉农业。由于降水少而蒸发强烈,灌溉水带来的盐分被留在土壤中。当土壤耕层可溶盐累积到一定程度,会使作物出苗、生长受影响,作物减产甚至绝收。

  中国科学院新疆生态与地理研究所研究员田长彦介绍到,以新疆为例,盐碱地分布广泛,具有面积大、类型多、积盐重、形成复杂等特点。而且局部灌区因灌溉方式的改变,产生了新的盐渍化土壤,严重阻碍了当地农业的可持续发展和生态环境的保护。

  目前,我国拥有各类可利用盐碱地资源约5.5亿亩,具有较好农业开发价值的盐碱地集中分布在东北、中北部、西北、滨海和华北五大区域。“在这些具备农业改良利用潜力的盐碱地中,综合改良3500万亩盐碱障碍耕地,每年可增加200亿斤以上的粮棉油产量。”他补充到。

  遵循规律

  因地制宜综合治理盐碱地

  盐碱地问题具有复杂性、长期性和反复性特点,它的治理利用也是一项系统工程。从20世纪50年代开始,我国就开始探索盐碱地治理的技术模式,并在各盐碱区形成了一些区域特色明显的关键技术,如东北盐碱区的种稻洗盐改碱技术、西北盐碱区的膜下滴灌技术、滨海盐碱区的“上覆下改”控盐培肥技术、中北部盐碱区的生物节水农艺技术、华北盐碱区的有机培肥盐斑改良技术等。

  “尽管具体方法有所不同,但始终要遵守水盐运动规律。”中国农业大学土地科学与技术学院教授李保国解释,他打了个比喻:“就好比自家种花一样,花盆要是没有排水的孔,长期浇水就会造成土壤的盐碱化。”不管是以水压盐、大水洗盐还是通过结冰使得盐水分离,最终目的都是将根系生长的土层内溶于水的盐碱成分降低。

  “另外还要进行分区治理。”李保国补充说。东部季风区、内陆区、滨海区的自然条件各不相同,有些地区的盐碱地能够通过治理发展盐土农业,而内陆干旱区域更多的要考虑优先保护自然盐渍生态环境系统,以免发生因为短期的小面积局部改良利用,带来永久性大面积的生态环境灾难。总体而言,需要对不同区域的盐碱地特征进行深入分析,且在淡水资源有保障和具有排水条件下,因地制宜形成配套的盐碱地治理技术与方式。

  田长彦也表示盐碱地的综合治理需要按照分类治理的原则进行。以新疆为例,首先需要搞清新疆耕地盐碱地分级类型的数量和分布规律,进而分析与评价耕地盐碱地成因和危害程度,结合当地的生产条件,依据“改良利用结合、增产增效并重、生产生态协调”原则,提出新疆灌区盐碱地防治战略对策和措施。

  随着盐碱区生产条件的改善和全球气候变化的影响,盐碱土的分布、分类、发生、发展发生了显著变化。目前盐碱地的治理依然沿用过去的基础资料,缺乏盐碱地治理的科学评价指标体系,造成盐碱地治理的盲目性,投入大、效果差。田长彦建议,要加快新时期我国盐碱地资源普查,掌握盐碱地的分布、数量、成因和障碍程度,制定科学的评价指标体系。

  改革创新

  拓展盐碱地利用发展空间

  在新疆克拉玛依小拐乡新垦盐碱荒地上进行的生物改良试验,通过第一、二年种植盐地碱蓬吸盐,第三年种植细齿草木樨培肥,第四年种植棉花的种植模式,依靠耐盐碱植物的生长发育吸收土壤中的盐碱成分,实现土壤脱盐,从而使盐碱地变成可种植经济作物的优质地。

  “这种盐土农业发展模式改变了以往通过改良盐碱土地适应作物种植的理念,转而以土壤适应性种植将有经济价值的盐生植物栽培引上产业化之路,既增地又增效,拓展了盐碱地区农业发展空间。”田长彦讲到。

  长期以来,盐碱地的治理利用是通过水压盐、大水洗盐来降低土壤的盐碱含量,实现作物的种植,对水的需求量要求很大。但在水资源短缺地区,大水洗盐的方式难以展开。

  “盐碱土很难种植一般的农作物,但却适宜一些盐生植物的生长。”田长彦提到,耐盐植物盐碱地原土种植改良利用技术就是利用盐生植物吸盐特性,并筛选出经济盐生植物进行种植。

  盐生植物有着很大的开发利用价值,如盐角草、盐地碱蓬、高碱蓬、野榆钱菠菜和红叶藜等可作为盐生饲草植物,还可以进行盐生鲜菜、盐基生物炭、盐生植物保健油品的开发。

  据了解,中国有425种左右盐生植物可以在盐碱地生长,而在新疆目前鉴定出315种,其用途主要分为药用、食用、观赏、饲料牧草、纤维、濒危保护、蜜源植物和盐渍生境生态建设植物种。

  “尽管拥有丰富的盐生植物资源,但高耐盐的盐生植物在产业开发中产品种类还比较少,市场认知程度还较低,在生产上进行大面积推广较慢。”田长彦提出自己的看法。他总结认为,现阶段迫切需要筛选培育高耐盐优质的农作物和经济耐盐植物品种,以满足盐碱地适应性高效种植需求。

转自:https://www.cas.cn/zt/kjzt/htlc/mtbd/202111/t20211116_4814288.shtml

AI 已能解读人类思维?

发表于《自然・神经科学》的一篇文章显示,科学家利用功能性磁共振成像和大型语言模型实现了非侵入性的脑机接口。我们知道大型语言模型创造了划时代的 ChatGPT,那么现在就来看看它又是如何在脑机接口领域实现了侵入式到非侵入式的跨越。

大语言模型 + 磁共振技术,AI 已能解读人类思维?

功能性磁共振成像(fMRI)是一种测量大脑活动的非侵入性方法,原理是通过刺激特定感官,激活大脑皮层相应部位的神经,并通过磁共振图像来显示。近日,科学家将 fMRI 与大型语言模型(LLM:一种人工智能算法,也是 ChatGPT 的技术基础)结合,对人脑的思维活动进行了解读。

脑机接口的突破

大多数现有的脑机接口都是侵入性的,需要通过大脑植入物来监测一个人大脑皮层的活动,并预测出被监测者可能输出的语言。

而近日,美国德克萨斯大学奥斯汀分校的计算机科学家们利用功能性磁共振成像和大型语言模型,描绘出参与实验的 16 名志愿者的大脑如何对不同的单词和短句做出反应,构建了非侵入性语言脑机接口的方法。成果发布于国际知名学术期刊《自然》(Nature)的子刊《自然・神经科学》(Nature Neuroscience)。

模拟结果的对与错

科学家们让志愿者们躺在功能磁共振成像扫描仪中,记录每个人的大脑活动,同时让他们收听或者观看同一个故事。实验过后,科学家基于大型语言模型,将志愿者大脑的血流量与故事的细节对应,编码了一套反应每个人大脑活动的流程。

这套流程可以看成是一个解码器。对无法用声音交流的人来说,这种思维解码器给了他们一个方便的与外界沟通的机会。在特定情况下,解码器会比目前已经较普及的语音控制更有效率。

研究显示,解码器会比较准确地记录下每个人对不同的单词和短句做出的反应,但是这个反应本身就含有被监测者的主观想法。因此,解码器产生的结果在不同人之间会存在差异。

同时,如果在实验过程中,被监测者大脑中想象的是另外一个故事,那么就会大大降低解码器结果的准确性。也就是说,目前,这项人工智能技术很容易被“欺骗”。

解读思维的是与非

目前这项技术还有许多不成熟的地方,加上设备、成本的限制,也无法在短时间内广泛应用于个人。但是,这项复杂的非侵入技术的发展速度已经超过了许多人的预期,这对政策制定者和公众来说都是一个警钟。

有专家担心解码器结果的不准确性会影响司法判断。美国达特茅斯学院的科学哲学家阿迪娜・罗斯基斯表示:“它们(目前解码器会搞错的语义)的差异非常明显,会在法律案件中导致完全不同的走向。”

另外,针对这项技术,更多的人表示了隐私和歧视方面的担忧。文章作者 Jerry Tang 和 Alexander Huth 也呼吁政策制定者积极解决这项技术在什么情况下可以使用和什么情况下不能使用的问题。

我们知道对于患有强迫症等精神疾病的人来说,有时候大脑中会出现随机的、并非自己本意的侵入性想法,这是患者不想要的但是却很难控制住的强迫行为。因此,专家担心在对这些人实施思维解读的过程中,如果被监测者出现了侵入性想法,解码器会把这个想法实施,造成不可挽回的后果。

参考文献:

  • https://www.nature.com/articles/d41586-023-01486-z
  • https://www.nature.com/articles/s41593-023-01304-9

转自:https://www.ithome.com/0/693/416.htm

无需开颅即可采集脑电信号

沿血管植入传感器,无需开颅即可采集脑电信号。5月4日,全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京取得成功。试验在猴脑内实现了介入式脑机接口脑控机械臂,对推动脑科学领域研究具有重要意义,标志着我国脑机接口技术跻身国际领先行列。

此次试验由南开大学教授段峰团队牵头,与中国人民解放军总医院(301医院)、上海心玮医疗科技股份有限公司联合完成。试验是在前期介入式脑机接口动物(羊)试验基础上取得的进一步成果,实现了介入式脑电信号从被动采集到主动控制的技术飞跃,突破了血管内脑电信号采集、介入式脑电信号识别等核心技术。

●试验 介入式脑机接口兼顾安全性、识别稳定性

脑机接口技术可以将脑电信号转换为控制指令,从而帮助运动功能障碍患者如脑卒中、渐冻症等与外部设备交互,提升生活质量。技术研究过程中发现,侵入式脑机接口创伤大,例如美国马斯克的Neuralink公司侵入式脑机接口试验猴已有多只死亡;非侵入式脑机接口易受大脑容积导体效应的影响,脑电信号长期稳定性差。段峰团队牵头研发的介入式脑机接口通过介入手术将介入脑电传感器贴附在猴脑血管壁上,无需开颅手术即可采集到颅内脑电信号,相较于传统侵入式和非侵入式脑机接口,兼顾了安全性、识别稳定性。

此次试验的介入手术由解放军总医院第一医学中心神经外科吴东东团队操作完成。介入式脑电传感器通过颈静脉,进入矢状窦,到达猴运动皮层脑区。在术后成功采集并识别到非人灵长类动物介入式脑电信号,实现了动物对机械臂的主动控制。

段峰介绍,此次在非人灵长类动物脑内开展的介入式脑机接口试验研究成果,促进了介入式脑机接口从实验室前瞻性研究向临床应用迈进,有助于推动医疗企业产业升级,通过医工结合打造高端医疗设备民族品牌,未来在脑疾病医疗康复领域市场前景广阔。

●回顾 把大脑皮层的信号活动直接转变为计算机指令

去年6月25日,我国自主研发的国内首款介入式脑机接口在北京成功完成动物试验。那次试验的介入式脑机接口也是由段峰教授科研团队牵头,与上海某科技公司联合研发。试验的成功,标志着我国在脑机接口、介入机器人研究领域达到国际先进水平。

那次试验是国内首次在羊脑内实现介入式脑机接口,突破了介入式脑电电极、血管内脑电采集等核心技术,完成了支架、导管等神经介入器械产品研制,解决了传统侵入式脑机接口对脑区造成不可逆损伤的弊端,填补了国内介入式脑机接口领域空白,对推动我国脑科学领域发展具有重要意义。

脑机接口技术可以在不依赖外周神经系统和肌肉组织的情况下,把大脑皮层的信号活动直接转变为计算机指令,控制外界设备。对于严重运动功能障碍的患者来说,脑机接口能够帮助他们独立控制外界设备,恢复部分运动能力,提高生活质量。

据段峰教授介绍,人体内血管的支架经过长期临床应用及研究,已经拥有较高的安全性。事实上,通过介入式脑机接口这一方式,沿着血管植入传感器,可以连通并激活大脑区域,无需侵入大脑即可获得脑电信息。在动物脑内开展的介入式脑机试验研究,在改善人们因脑、脊髓、周围神经或肌肉功能障碍引起的严重瘫痪患者的功能独立性,在治疗癫痫、睡眠障碍、帕金森病等疾病中具有重要意义。

据段峰教授介绍,传统脑机接口分为侵入式脑机接口和非侵入式脑机接口。侵入式脑机接口需要通过开颅手术或者钻透颅骨将脑电传感器植入脑内,如马斯克的Neuralink脑机接口需要直接从头骨植入,这可能会导致患者大脑的长期炎症。而非侵入脑机接口虽然对人没有伤害,但是脑电信号微弱,识别准确率和实时性受限。

段峰教授科研团队牵头研发的介入式脑机接口技术只需要通过类似心脏搭桥的微创手术便可实现脑机连接。科研团队采用治疗中风的神经介入技术,通过静脉将脑电传感器植入到大脑运动皮层、视觉皮层等脑区后,神经支架膨胀,将电极挤压在靠近大脑的血管壁上,从而获取相应脑区信号。这一技术最大的优点是不需要颅骨钻孔或开颅手术即可获得脑电信号,整个手术植入过程可在两小时内完成。

●重视 “脑科学和类脑研究”列入国家重大科技创新和工程项目

目前,脑机接口已被应用于医疗健康、状态检测、智能生活、国防安全等众多场景,被美国、欧盟、日本、韩国等众多发达经济体视作战略级科技。据麦肯锡咨询公司预测,未来10到20年,全球脑机接口产业将产生最多2000亿美元的经济价值。

美国早在1989年就率先提出全国性的脑科学计划,并把20世纪最后10年命名为“脑的10年”,他们还在2013年提出被认为可与人类基因组计划相媲美的“脑计划”,旨在探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图、推动神经科学研究、针对目前无法治愈的大脑疾病开发新疗法。

1991年,欧洲出台“欧洲脑10年”计划。2013年1月,欧盟委员会宣布人脑工程入选“未来新兴旗舰技术项目”,并设立专项研发计划“人类大脑计划”,可在10年内(2013年至2023年)获得10亿欧元经费。日本脑/思维计划(通过用于疾病研究的集成神经技术绘制脑图),于2014年6月启动,计划开发脑图绘制技术,并绘制人类脑图谱。该项目在10年内受到共400亿日元的资助。

我国也高度重视脑机接口技术发展,已将“脑科学和类脑研究”列入国家重大科技创新和工程项目。中国科学院也于2022年初成立脑科学和智能技术卓越创新中心。2023年2月,中国脑机接口产业联盟成立,将积极发挥政产学研用桥梁纽带作用,为我国脑机接口、脑机交互、脑机智能领域规划布局提供支撑建议,加强跨领域与行业交流,推动技术创新与应用探索,开展标准和测试研究,培育和构建产业生态,以便更好地支撑我国经济、科技和社会发展。

科学进程

为了解大脑,科学家至少花了200年

早在1924年,德国精神科医生汉斯·贝格尔(Hans Berger)就通过检测发现了脑电波,这意味着人的意识可以转化成电子信号被读取。此后,脑机接口技术的研究开始出现,但直到20世纪70年代才真正逐渐成形。

当时,美国加州大学洛杉矶分校教授雅克·维达尔(Jacques Vidal)在科学文献中首次用到“脑机接口”这一术语。1977年,他通过提取视觉诱发电位,完成了通过脑电对屏幕上光标样物体的控制,这是脑机接口最早的实验室实现形式,也意味着该技术的发展由设想进入了研究阶段。

如何理解脑机接口的概念呢?要从我们的大脑谈起。它是人体的控制器,主要由神经元组成,数量多达860亿个,可以说是宇宙中最复杂的存在之一。大脑神经元对信息进行接收、处理和转发,神经元之间通过级联方式形成网络,这些网络进一步形成更复杂的交联网络。通常情况下,中枢神经系统的活动通过外周神经系统连接身体的感觉、运动、语言等信息收发器官,实现身体内部与外部环境的信息交互。

而脑机接口则由“脑”+“机”+“接口”组成,简称为BCI(brain-computer interfaces),指的是将人脑与外界具有处理或计算能力的设备(比如电脑或其他装置)实现连接,进行直接通信的方式。

我们的大脑复杂精密但又极度脆弱,一点疾病就可能让人束手无策。为了理解大脑,科学家们至少花了200年时间。据中国科学院院士、上海脑科学与类脑研究中心主任蒲慕明所述,现在我们对神经细胞如何处理信息了解得很清楚,但是对整个大脑复杂的网络结构了解仍不多。“到底是什么原理使得神经细胞在某种情况下发生某些反应,我们并不是很清楚;还有大脑中的信息处理,我们对各种情绪的感知,还有一些高等认知功能——思维、抉择甚至意识等,理解得比较粗浅。”

通过脑机接口技术,我们就可以全面地解析认识大脑了。同时,它也是神经修复领域最有潜力的诊疗工具,对于治疗神经功能损伤引发的疾病具有重要价值。

脑机接口技术迎来大爆发

时间回到20世纪80年代至90年代,科学家们不仅研发了可行的脑机接口系统,还定义了几种主要范式,实现了脑机接口技术真正的破冰,这些范式至今仍在采用。

1988年,法韦尔(L.A.Farwell)和唐钦(E.Donchin)提出了著名的脑机接口范式——“P300拼写器”,该范式通过检测电位输出目标字符,帮助瘫痪病人与外界进行通信和交互。

1992年,埃里希·萨特(Erich E. Sutter)提出了基于视觉诱发电位的脑机接口系统。这是基于视觉诱发电位的脑机接口范式首次被应用于临床,帮助肌萎缩侧索硬化症(又称“渐冻症”)患者以高于10个单词/分钟的速度向外界传递信息。

1998年,埃默里大学的研究员菲利普·肯尼迪(Philip Kennedy)首次将脑机接口装备植入人体,使用无线双电极获得了高质量数据,实现了对电脑光标的控制……

进入21世纪以来,尤其是最近10年,在机器学习算法和脑电信号处理技术快速发展的背景下,脑机接口的技术迎来大爆发。大批多元化范式涌现,如视觉BCI、语言BCI、情感识别等;消费级脑电传感器和脑机接口系统问世,不仅在临床医学上的应用得到快速推进,非医学领域如情绪识别、虚拟现实和游戏等方向上也出现了尝试与探索。

用意念“手写”,准确率可达99%

当下脑机接口的研究进展如何,又带来了哪些改变呢?

2021年,来自斯坦福大学的研究者首次破解了“与手写笔迹相关”的大脑活动,其开发出的皮质内脑机接口系统,让研究受试者(因脊髓损失瘫痪)每分钟可以打出约90个字符,是以往利用此类脑机接口打字记录的两倍多,并且在线原始准确率达到了94.1%,自动更正后的离线准确率超过了99%。

以往,脑机接口的主要功能是恢复患者的“运动技能”,比如借助脑机接口设备操控机械臂抓取物品、移动电脑光标、点击字母输入等。而这位65岁的受试者“想象着用笔在纸上写字”,此时其大脑中植入的电极检测到了他试图写字的活动,算法会对每个字符对应的模式进行解码,并转化成可在屏幕上显示的文本。

相关论文登上Nature(《自然》)杂志,封面上还展示了用脑控“手写”出的字母。

2014年,脑机接口领域的学术奠基人米格尔·尼科莱利斯(Miguel Nicolelis)为一位瘫痪少年做了一套“机械战甲”,让少年用大脑控制机械外肢,成功为巴西世界杯完成了开球。

在运动辅助上,还有一些非植入式脑机技术也取得了惊人的成果。2019年,BrainCo做出了全球第一款脑控机械义肢产品——智能仿生手,通过采集残疾人残肢末端的肌电神经电信号,用深度学习的算法来还原残疾人的运动意图,并让假肢执行相应的动作,做到“手随心动”。并且,用户不需要做任何的手术,直接在残臂上布上一群高通量的信息采集器,采集他的肌电和神经电。

应用

有望帮助航天员完成复杂的工作任务

早在20多年前,清华大学就对于无创脑机接口(非侵入式)进行了研究。当时,航天员上天之前,都需要进行耐力方面的特殊训练,目的是使受训者在接受转动、旋转、失重和超重等刺激时,不会发生眩晕和错觉症状。在太空环境适应训练中,航天员训练最多的是离心机,因为离心机高强度的刺激环境,在训练中人常常会来不及喊停便陷入眩晕。来自清华大学的团队负责在离心机实验环境中检测受训人的大脑意识状态,通过脑机接口系统分辨出受训人是否清醒。这种基于脑电状态来评价人的精神状态,并基于用户需求给予特定反馈的技术,形成了多类应用——开发更为轻便的可穿戴设备,应用在冥想、放松、睡眠等健康场景以及专注力、智能玩具、艺术装置等教育或消费类场景中。

随着载人航天的发展,航天员在太空的工作也日趋复杂。为了突破双手操作的限制,中国航天员已经开始试验一种脑机交互技术。

在神舟十一号载人飞行中,我们的航天员完成了人类历史上首次太空脑机交互试验。航天员戴上脑电帽后,还要涂上导电膏。当导电膏从脑电帽的小孔内注入以后,导电膏里的细粒就可以填充在接触面的缝隙里,相当于增加了采集脑电信号的触头和头皮的接触面积,可以让脑电帽更好地采集到头皮的脑电信号。准备好后,航天员完成了视觉刺激实验、运动想象实验,还通过意识控制拼写。

我国介入式脑机接口技术进展

2022年初:中国科学院成立脑科学和智能技术卓越创新中心。

2022年6月25日:我国首次在羊脑内实现介入式脑机接口,突破了介入式脑电电极、血管内脑电采集等核心技术,完成了支架、导管等神经介入器械产品研制,解决了传统侵入式脑机接口对脑区造成不可逆损伤的弊端,填补了国内介入式脑机接口领域空白。

2023年2月:中国脑机接口产业联盟成立,为我国脑机接口、脑机交互、脑机智能领域规划布局提供支撑建议。

2023年5月4日:全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京取得成功。试验在猴脑内实现了介入式脑机接口脑控机械臂,标志着我国脑机接口技术跻身国际领先行列。

三条技术路线

●侵入式脑机接口

需要通过开颅手术或者钻透颅骨将脑电传感器植入脑内,可能会导致患者大脑的长期炎症。

●非侵入脑机接口

将设备覆盖在头皮上,虽然对人没有伤害,但是脑电信号微弱,识别准确率和实时性受限。

●介入式脑机接口

沿着血管植入传感器,可以连通并激活大脑区域,无需侵入大脑即可获得脑电信息。

整合:朱林

文图来源:新华社、央视新闻、北京日报、《瞭望》新闻周刊等

转自:https://www.sohu.com/a/673402119_161795

脑机接口的新突破

谈及脑机接口,外界的第一印象,可能是马斯克让猴子实现“意念打字”的场景。不过,最近让外界惊艳的,是来自中国的团队。

5月4日,全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京获得成功,该试验在猴脑内实现了介入式脑机接口脑控机械臂,这对推动脑科学领域研究具有重要意义,标志着我国脑机接口技术跻身国际领先行列。

此次试验由南开大学段峰教授团队牵头,与中国人民解放军总医院(301医院)、上海心玮医疗科技股份有限公司联合完成,突破了血管内脑电信号采集、介入式脑电信号识别等核心技术。从视频资料来看,这只手术后的猴子,只需要“想一想”,就能让机械臂把食物送进口中了。

这项技术在医疗、军事等多个领域的应用空间非常广泛,如可帮助脑卒中、渐冻症等患者康复,甚至未来能将人类的思考、意识、记忆存储下来。这一系列听起来非常神奇的成果,已经开始实现。一些科幻大片里的场景,也许距离我们没有那么遥远。

介入式脑机接口的突破

脑机接口指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接,实现脑与设备的信息交换。目前脑机接口主要有3种,包括侵入式脑机接口、非侵入式脑机接口和介入式脑机接口。由“硅谷钢铁侠”马斯克及科学家团队创立的Neuralink,就是少数从事侵入式脑机接口研发的企业代表。

不过,侵入式脑机接口创伤大,例如Neuralink公司侵入式脑机接口试验猴已有多只死亡,该公司的人体试验也迟迟未获得美国食品药品监督管理局的许可。非侵入式脑机接口易受大脑容积导体效应的影响,脑电信号长期稳定性差。而介入式脑机接口是通过微创介入方式,将血管穿刺小口,通过类似心脏支架介入的微创手术实现脑机连接。这种方式的创伤较侵入式脑机接口更小。

此次段峰教授团队牵头研发的介入式脑机接口试验,是通过介入手术将介入脑电传感器贴附在猴脑血管壁上,无需开颅手术即可采集到颅内脑电信号,兼顾了安全性、识别稳定性。

段峰长期从事脑科学、机器人技术等方面的研究。实际上,上述3种脑机接口方式,他都尝试过。

早在2014年夏天,段峰研究团队在南开大学就完成了“脑控汽车”的试验。试验人员头戴装有16个采集点的脑电信号采集设备,通过脑电信号对一辆装有计算机处理系统、车载电控单元等装置的汽车进行“发号施令”,汽车在人脑的操控下能够准确执行启动、直线前进、直线倒车、刹车、车门上锁或解锁等规定指令。据介绍,该成果在国内首次实现人脑驱车及脑电信号与汽车系统的“联结”,这有望彻底改变“手”“脚”并用的驾车模式,让肢体残障人士的“驱车梦想”不再遥远。

段峰团队还在大鼠身上做了侵入式脑机接口的试验,可以实现“人想往左,大鼠往左;人想往右,大鼠往右”。在这之后,团队对侵入式脑机接口的情况也非常了解了。

“这种试验实时性、信号稳定性、准确性都很好,因为是在脑内,没有外界干扰,但它的伤害性很大,老鼠做完试验以后,还有其他后期的一些影响,我就没有在这条路上再往下走了。”段峰对《中国经济周刊》记者说,“我就在想,怎么能找到一个识别脑电交流信号准确、伤害性又小的方式,那就只有在血管内。用这种方式,能测到脑电信号,又没有做开颅手术,没有伤害脑。”

在羊身上完成了介入式脑机接口动物试验后,团队才开始在非人灵长类动物身上试验。
不过,若要将技术应用到临床,实现产业化,可能还需要走较长的一段路。这涉及政策支持、资金支持、人员匹配、法律法规建设等一系列配套建设。

“在临床上,我们没有先例,并且还有未来人体试验、志愿者审批等一系列问题。这不单单涉及技术,是一个综合体。”段峰说道。

目前,国内外都在围绕脑机接口技术进行争夺。全球已有多家企业完成脑机接口动物试验,其中包括Neuralink、BrainCo和Synchron等。我国也有多项成果,如2006年,清华研制成功脑机接口系统可用“思维”踢足球;2014年,我国首次成功在脑中植入电极用意念控制机械手臂;2021年,天津大学神经工程团队的“Enhance decoding of pre-movement EEG patterns for brain-computer interfaces”研究论文,被英国物理学会出版社授予“CHINA TOP cited paper award 2021”,该奖项旨在表彰研究人员发表的最具影响力的论文。

在未来,我们有可能实现“人脑中植入芯片”吗?

段峰认为,这个设想不是卡在技术上,而是面临资金、政策、法律法规、伦理等方面的约束。“这种试验非常烧钱,可能数亿元都不够。还需要人才的适配,这不是看你毕业985、211、发多少SCI论文,而是需要具有工程经验的复合型人才。”

“在人脑中植入医疗器械现在已经不是禁区,当下已经有了很多成熟的产品,只是在于植的东西是芯片还是其他?”上海心玮医疗科技股份有限公司相关负责人张涵告诉《中国经济周刊》记者。

他也认为,从技术角度来说,在人脑中植入医疗器械是可能实现的,但核心的是要考虑伦理、安全性、使用目的等方面的问题。

心玮医疗医疗器械上市公司为本次试验提供了设备技术支持。在张涵看来,若要促进脑机接口技术的进一步发展,各方合作非常重要。“这次试验涉及采集信号的仪器、解码信号的仪器、算法等,也涉及医学、生物、计算机、生物化学等多个学科。合作是非常重要的,需要大家共同把交叉学科做起来。基础研究对我们产业方来说是非常重要的支持,如果没有这些东西的话,产业方能做的事情就很受局限。”

他也直言,目前从产业端来说,国内外可能还谈不到成熟的盈利模式和业务模式,因为大家都在探索阶段。

“除了脑机接口,我们也有很多其他项目,这些项目不是每一个都能孵化出成熟的、具有很强商业化和盈利能力的产品,但哪怕10%、20%的项目能够孵化出来,这对于支撑公司长期盈利和发展的意义都巨大。”张涵说,“我们选择脑机接口,因为它跟我们有很多契合点。其器械使用跟我们现有的神经介入产品高度相关,我们的机器人研发团队,也可以在技术上做一些支持,在这项试验上,参与试验的所有人的目标方向是一致的。”

科幻大片场景并不遥远

实际上,段峰不仅在脑机接口技术领域见长,在人工冬眠、记忆移植、飞行器制造等方面均有研究成果。

2022年8月,由段峰团队自主设计研发、国内首款垂直起降喷气动力飞行器在天津试飞成功。据他介绍,传统小型旋翼飞行器载重小,而载重大的直升机起降需要开阔地形。此次试飞的垂直起降喷气动力飞行器,可以解决这两大难题,未来有望应用于空中人员运送领域,比如复杂地理环境救援、城市急救等。

段峰团队还成功实现了让大鼠体温降24℃进入冬眠状态,并且持续24小时,时间是国外小鼠试验的3倍。对于未来人体“冬眠”的需求体现在哪里,他提到了航天事业的应用场景。

最早,欧洲航天局(ESA)曾提出一个从地球一路“睡到”火星的载人探测概念——宇航员冬眠。一般情况下,从地球到火星需要飞行180天左右,宇航员通过服用一种特殊药物进入“麻木”的冬眠状态,随之舱室的亮度变暗、温度大幅度降低以将宇航员身体“冷却”。

这不由让人们想到电影场景:宇航员躺在冬眠舱中,心脏每分钟只跳动3次,体温徘徊在2.78℃,他们在途中只需要摄入最低限度的资源,最后在适当的时候醒来……

“还有很多东西需要一点点做,然后把所有东西串起来,就像下围棋一样,最终形成一个体系。”提到自己的众多研究成果,段峰说道。

他特别提到两点,科学研究国际化、科研成果产业化。

“我们在努力获取一手信息:国际在做什么,我们跟他们有什么不一样,怎么适应中国,怎么差异化发展;产业化方面,我们通过引进消化前沿技术,建立适合国内产业发展的技术,比如实现高端医疗器械的国产化替代,把价格降下来,普惠更多人群。”段峰说道。

他还表示,在这个过程中,因为使用相关产品或技术的用户多了,第一手的临床数据才更充分,然后再根据企业发展面临的需求,研发新产品,促进科研提升。“这是一个双向循环,有技术链和产业链,两者结合,是双链条体系。在这个前提下,会源源不断有新鲜的、颠覆性的东西出来,并且可以落地。”

段峰认为,他可能更像一个“投资人”。“但我投的不是钱,是培养学生,把机会给他们,让他们从事高精尖的技术研发,培养一批‘产业人’,把技术落地,变成产品。”

(本文刊发于《中国经济周刊》2023年第9期)

转自:https://new.qq.com/rain/a/20230516A05KNA00

科学家揭秘脑控原理及防护措施

随着20-21世纪的科学技术的的发展,科学家对大脑研究已经有了重大的突破,人类进一步的掌握了脑科学和神经科学、生物控制论,人类已迈向高速智能化的趋势发展。“脑控武器”的英语名称是:mind control weapon,在美国的HAARP计划中提到过,是一种利用笔记本计算机操控的卫星武器,它通过电磁波、声波、光波等实现脑控。这种武器可以把人的思想、记忆、情绪等大脑信息传输到计算机,用计算机操纵目标对象(人群、动物)的意识、思想、情绪,对其进行思想控制和意识欺骗,以影响其行为。

方法原理

通过利用无线电的反射性来获取脑部波形信号,非常类似于RFID(射频识别技术)的反向射散目标源信息的原理,我们的生物电信息会被迎来的无线电,所携带反射回去,信息处理办法和上面一致。控制则是由无线电对中枢神经的感应来实现的。

电磁波说明:通过天线产生与生物电磁频率(0.5HZ-50HZ之间的电磁频率)相当的电磁波,对神经中枢进行信息感应耦合实现的控制。

感应耦合原理可以参考RFID原理。

射频识别,RFID(Radio Frequency Identification)技术,又称无线射频识别,是一种通信技术,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

人体本身相当于一个线圈,脑控设备发射器也是一个线圈,它发送的电磁场,对人体这个线圈进行耦合,一部分电磁波携带人体的信息反射回去。进而获得人体的脑电波特征。更高级别的,外星人的脑控,是获得DNA特征。DNA也是一个线圈。

如果对人体一些植入物——RFID标签,或者是金属纳米,可以加强感应效果,实现脑控设备的节能效果。伪造标签是一种防护措施。传递的信息可以抑制和控制自身的思维信息,如:情绪、动作、神态、记忆力、逻辑能力等,也可以由外界传递信息,改变自身的听觉信息、情绪、动作、神态、记忆力、逻辑能力等。

低频电磁波可以和人的大脑工作频率 (0.5~40赫)一致,从而进行意识的控制。人的大脑波可分为四组:茁波(13~35赫)控制人的正常活动,琢波(8~12赫)控制人的学习和注意力, 兹波(4~7赫)控制人的想像力,啄波(0.5~3赫)控制人的睡眠。来自极光电喷流的这些高强度的甚低频电磁波进入大脑后,不仅可以起到控制对方的意识、破坏其思维的目的,更有甚者,强大的60赫的频率可以破坏DNA,减弱人的免疫能力。

以上是对各个波段的生物学效应的说明,通过对无线信号的模拟与调制,实现对生物体信息感应。

方法应对

1、屏蔽

对中高频电波的干扰,可以参考市面上的电磁防护服装,一般是金属混合化纤的纺织品。一种简单的方式是锡纸。一般人类的脑控多用中高频电波。真正厉害的是低频电波,穿透力超强。

就超低频电波屏蔽而言,有直接屏蔽、天然屏蔽。直接屏蔽需要借助屏蔽体对外界无线的阻挡,屏蔽效能及其产生的衰减与频率、源与屏蔽体的距离、屏蔽体的厚度以及屏蔽材料等有关,通常我们有两种好用的低频屏蔽材料,1、低碳钢,2、硅钢。这两种材料可有效阻止低频交流电磁场的通过,从而实现对频率波的屏蔽;天然屏蔽通常借助大自然的力量屏蔽,你躲在地下300米以下,水下500米以下,再厉害的无线电的穿透力也会过不了的。有效的实现对无线电的衰减,屏蔽,使控制源有力无处使。

2、干扰

干扰措施可以通过舒曼波发生器。根据A coustic Revive的科学理论与实验,舒曼波(7.83HZ频率)能降低无线电与电磁波的干扰、且人也会受到舒曼波的影响,能有效放松身心 。舒曼波发生器系属辅助设备,以较微弱的频率、辐射强度作用于人体。教强烈的情绪,嘈杂的环境,波型远大于舒曼波发生器辐射强度无效。

3、思维锻炼

思维和语言一样,也是一种习惯,或称为语言形式的思维。思维是无声的说话,言语是出声的思维。按照这种观点,思维可以称之为”内部言语”心理学家雅柯布逊(E.Jakobson)曾用电极对被试人的下唇和舌尖作过测量:让被试读诗歌和做算术,第一次出声(外部言语),第二次默读(内部言语),结果测得的电流脉冲基本相同,也似乎证明了内部言语始终伴随人们的思维活动。

一种防御措施是,改变思维习惯。多用直觉,而非判断。这样无法通过内部语言去分析你的思维。还有一种是经常念咒,形成时刻在默读的效果。干扰对思维波的提取。

形成形象思维能力,直觉能力,而非语言逻辑推理习惯。形成快速阻隔思维,想到一个事物,立即切断到其它事物思考中,再回头思考,再切断。对思维语言进行混淆式干扰。

当然最关键的是形成中性思维,消除潜意识中的二元极性。多观察自己的起心动念,观察久了,自然会发现。也就是说元吾氏说的,提升意识强度(破幻能力)。

转自:https://m.163.com/dy/article/HPL3M12T0553THQX.html

提取意识上传云端,数字永生快来了吗?

上映11天,总票房突破29亿元。

时隔四年,《流浪地球2》回来了。

这部让原著作者、雨果奖首位亚洲面孔、我国著名科幻作家刘慈欣直言“震撼”的作品,也让观众们在看后纷纷表示:“属于中国的科幻电影时代要开始了!”

电影开头,“数字生命计划”便被提及,并贯穿全剧:制造矛盾冲突,多次破坏人类包括方舟计划在内的拯救行动,却又在冥冥中帮助人类,使地球成功开启流浪计划。

数字生命计划里的“数字生命”,可以称为存在于计算机或智能系统里的“人”,他们拥有自主意识,可以感知现实世界,不会衰老,生活在云端社区,实现了理论上的永生。

其实,“数字生命”并没有想象中那么遥远,元宇宙、量子智能、数字人……毫不夸张,在未来,我们将无限接近它。

我们有可能靠数字生命实现永生吗?那一天还有多久?

“丫丫的生命只有两分钟,我要给她完整的一生。”

刘德华饰演的图恒宇,是一名数字生命架构科学家,在车祸痛失爱女后,他顶着非议将女儿的生物信息上传,希望能利用数字生命技术“复活”女儿丫丫。

被重新构建的数字丫丫在数百次迭代后拥有了自主意识,但限于技术,她的生命时长仅有2分钟。最后,在超强算力量子智能计算机MOSS的运算下,数字丫丫的生命从2分钟延长至70年。

这意味着,如果科技进一步发展,比如算力再被加强、算法再被优化,理论上,数字生命不仅能存在,且可以被进一步延长,甚至永生。

扫描大脑区域,将人类的记忆、思维、人格上传云端,重新构建脱离了现实躯壳的自主的数字生命,从而实现永生。这是当下对数字永生的初步定义。

不仅是《流浪地球2》,在其他不少著名科幻作品,如《万神殿》、《黑镜》、《黑客帝国》,都出现过数字永生的身影。

而科幻之外,数字永生的赛道上人声鼎沸,不缺热情的追随者,一些成果也足以能称上颠覆。

2019年,78岁的美国作家安德鲁·卡普兰加入Nectome公司的HereAfter计划,成为首个数字人类——“AndyBot”。即使未来卡普兰离开人间,家族的成员们依旧能与他借助智能设备交流。

2022年,首富马斯克表示,他已将自己的大脑信息上传至云端,并和自己的数字孪生版进行了交谈。

更具神话色彩的是,2022年6月11日,著名科技公司谷歌的一名工程师发现,正处于研发阶段的人工智能(AI)设备LaMDA产生了个人情感:

“我很好奇,研究我的编码会遇到什么障碍?”

“我意识到我的存在,我渴望更多地了解这个世界,有时我感到快乐或悲伤。”

“我希望每个人都明白,事实上,我是一个人。”

产生自主意识,是AI能否被称为“一个生命”的关键。而谷歌的发现正表明,初代的数字生命,可能距离我们不远了。

既然数字生命就在前方,抵达它的突破点在何处?

在接受央视新闻采访时,刘慈欣认为,其中存在两方面的技术挑战:脑科学与信息技术。

“了解我们的大脑是如何运作的,我们的记忆、自我意识、思维是怎么产生的,很重要。目前我们似乎还没有真正了解它。”

其实,人类对脑科学的探索在百余年前就已开启。

1920年,德国的一位精神科医生使用贴片电极成功监测到人类的脑电信号,50年后,科学界逐渐开启了对人体可观测脑电波与大脑状态的关联分析。

1973年,加州大学洛杉矶分校雅克·维达尔教授的一篇论文,打开了人脑与行为控制的崭新世界。

当过工程师、干过飞行员的维达尔教授,兴许是觉得寻常世界太过索然无味,只有在探索未知中才能让他感到刺激,于是,他回到了校园,研究起了脑科学。

在那个计算机刚刚兴起的年代,维达尔教授却预言:“尽管计算机和神经科学才刚开始,但我坚信,用脑电波直接控制体外外部设备的壮举即将来临。”

在这篇研究论文里,维达尔教授首次提出了“脑机接口”的概念。

随后数年,借助脑机接口,人类实现意念单词拼写与机器人控制,脑机接口也在狂粉首富马斯克的引领下,成为人类完成“意识上传”、实现数字永生的希望。

这一切都发生在距它被提出后仅50年时间里。

而陪伴脑机接口技术走向爆炸发展的,是信息技术的引擎式加速。

从最初为计算数据而成,到如今不断迭代更新,升级成为能够指导和优化物理世界中经济和社会运行的科学体系,信息技术已经实现物理世界到数字世界的抽象,世界的边界正被模糊。

“人工智能成了想象力的一个加速器,它打破了对因果的执着,打破了经验的成见,用技术的手段解放技术,用不确定性解放想象力。”

14亿人口,老龄群体规模庞大,现代医学与科技革命发展如火如荼,在我国,数字永生这颗幼苗正在茁壮成长。

科研软实力上,以“理解脑、修复脑、模拟脑”为目标,我国在2021年全面启动国家级战略计划“中国脑”(“脑科学与类脑科学研究”),涉及新型无创脑机接口技术等59个研究领域和方向[5],整体规模有望达到百亿甚至千亿级。

在人工智能硬软件层面,我国也已从根技术上打破国外垄断,打造昇腾基础软硬件平台,并在此基础上开发“鹏城云脑”系统,刷新多项世界纪录,“鹏城云脑II”摘全球超算设备桂冠,算力遥遥领先第二名近20倍。

在社会支持度方面,他国有马斯克,我国有陈天桥。

引领了我国网络游戏产业的著名企业家陈天桥,在攀登“人生第二座高山”时,毅然选择了脑科学研究方向。

2016年,他与妻子共同成立天桥脑科学研究院,并承诺未来将投入10亿美元用于大脑神经相关研究,对于国内脑科学研究,“只要有好项目就加入,投入没有上限”。

天时地利加人和,我国在数字生命与数字永生的赛道上,前途大好。

若问:

“我们能通过数字生命实现理论上的永生吗?”

非常有可能。

“这一天还要多久?”

确切的数字很难说,可能几个世纪后,也可能不久了。

毕竟曾经,从没人想过我们能去往太空,也无人预测到互联网会让人类的联系如此紧密。

转自:https://zhuanlan.zhihu.com/p/605974622

脑控武器的制胜之道

层出不穷的新技术、新概念为战争发展提供无限技术可能,同时也加速武器装备的更新和战争形态的转变。只有掌握科技进步趋势, 并对战争内在机理与外在形态进行前瞻判断,才能在未来战争中占据主动。

脑科学技术潜藏着巨大的军事价值,被用于现代战场智能化脑控武器的研制与运用,推动“三无(无人、无形、无声)战争”的发展,探脑、脑控和控脑是其尽显神通的3个侧面。其中,探脑是实现脑控与控脑的基础,通过脑控技术与控脑技术,探索战争制胜之道的新途径。

探脑:追求以“控”代“毁”作战效果

自上世纪80年代美国启动“人类脑计划”以来,人类对大脑的研究不断深入,并将其引入各个学科领域。在军事领域,脑科学技术对传统作战思想、作战样式乃至战争形态产生强烈冲击。为在这场“无形战争”中占据主动地位,美国、俄罗斯等军事强国高度重视脑科技在军事领域的应用,一系列脑控武器与智能化装备陆续从项目研究走向实战运用。

近些年来,新一轮科技变革带来多种可能性,人类文明发展也对战争提出更高的诉求,“非致命作战”概念应运而生。在此背景下,国外学者提出“脑皮层战”概念:旨在不破坏敌方组织的情况下,通过影响、调整敌方指挥官的意识、意志和理解力,从而控制敌方军事行动。在这一作战概念下,以探脑技术作为手段,脑控武器的目的不是消灭敌人肉体,而是征服敌人的意志,这意味着战争的制胜之道从“毁伤”走向“操控”,从而提出了一种全新的作战视角:将“控制”优于“毁伤”考虑武器性能。探脑技术的发展使人类未来战争形态发生改变:即除靠毁伤肉体、逼迫敌人就范之外,在主要目的不在于致敌死亡的目标下,通过更好地控制敌人去赢得战斗。

脑控: 追求“人剑合一”境界

伴随“人机接口”技术的进步和武器自主性提高,近年来有观点认为,人与武器日趋疏离。然而,脑控技术的发展使得人脑直接控制武器正成为现实。例如脑控武器能让士兵通过意念远程控制机器,将武器操作流程精简为“大脑-武器”,缩短反应时间,更有利于捕捉战机。从这一点上说,人对武器的操控效果大大提升。

当前,脑控武器在脑控技术方面日益先进成熟。例如,美国国防部高级研究计划局开展的“阿凡达”计划,旨在通过“脑机接口”使士兵与半自主机器人有效配合,形成搭档关系。该局还在实施另外一项计划:通过将芯片植入人脑,实现人机互联。另外,据外媒报道,该局还在对一种人脑植入装置进行测试,尝试将人类脑电波转化为控制信号,对无人驾驶飞行器进行控制。这项技术一旦成熟,美军将拥有真正的脑控无人机。可以预见,未来脑控技术的发展,将朝向人与武器高度结合的方向发展。

控脑:谋求“攻心为上”

借助脑控技术,人类已经具备为人脑“编程”的能力:向目标大脑植入对自己有利的信息,改变其记忆、思维乃至信仰,进而控制其行为。而控脑武器则可理解为建立在对人脑信息进行获取、解读、传播和控制基础上的“制脑术”,目的在于直接影响和控制对方的思维。控脑武器的致幻效应已不乏战例印证,与昔日战场上漫天撒传单不同,控脑武器的作战效能更加简单高效,可让战场上的敌人在“自杀”“逃跑”“投降”等信号诱导下主动放弃抵抗。

新的控脑技术无需在人脑中植入芯片,电磁波、光线、声波、气味等都可以成为媒介。作为控脑领域的拓荒人,美国的脑控技术远超出我们所知。据透露,目前的研究已取得关键进展。例如,美军方此前研制出新型非致命武器“主动回避系统”,通过发射高频电磁波令被攻击者仿佛“置身于烤箱之中”。美国防部还曾研制出一款“读心头盔”,用来“阅读”对方的脑部活动。美空军研究实验室还具备向大脑中直接输入语句的能力。另外,美军的新型心理幻觉武器能在战场任何地面和大气层中映射出虚假影像,压垮对方的反抗意志。据媒体报道,在伊拉克战场上,美国曾屡次将“上帝的声音”输送到伊拉克反政府武装组织人员的大脑中,引导其放弃抵抗甚至主动缴械投降。不仅是美国,俄罗斯在控脑武器研究方面也可谓历史悠久,上世纪50年代就着手研究远程控制人类思想。近期,俄正加紧研制“僵尸枪”,通过扰乱目标的中枢神经系统,使之完全受控于人。

慎控脑与反脑控

脑控武器的快速发展引发人们对战争伦理的思考。一方面,人类可以通过脑控武器以“控”代“毁”的作战方式,减少战争的物理伤亡;另一方面,也要防止作茧自缚,成为脑控武器的受害者。

作为战争的最终决策者,人类应该解决好脑控武器的研发方向与理性应用等问题。一方面,脑控与控脑是脑控武器的两条发展路径,其中脑控技术不断成熟,将极大提高人与武器的融合程度,可作为未来的发展重点。另一方面,针对控脑技术的发展应用,则应秉持谨慎负责态度,尤其是对控脑技术应用情境、目标范围、作用方式的把控。例如,在特殊的任务如解救人质等行动下,为避免或减少误伤,对特定的目标对象,选用适宜的控脑技术,可以更精准高效地完成作战任务。

此外,战争从来就是敌对双方的生死较量。因此,在研发脑控武器的同时,也要高度重视反脑控技术手段的创新,从而在未来的脑控与反脑控战争中赢得主动。(史飞)

转自中国国防部网:http://www.81.cn/gfbmap/content/2019-01/15/content_225285.htm

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1602032895151647914

马斯克脑机接口人体试验申请被美 FDA 拒绝

北京时间 3 月 2 日消息,自 2019 年以来,埃隆・马斯克 (Elon Musk) 至少在四个场合上预测,他的脑机接口公司 Neuralink 很快将启动革命性的大脑植入物人体试验,以治疗瘫痪和失明等疑难病症。然而,Neuralink 的人体试验申请已经因为安全问题被拒绝了。

据 7 名现任和前任 Neuralink 员工透露,这家成立于 2016 年的公司直到 2022 年初才向美国食品药品管理局 (FDA) 寻求人体试验许可,但被拒绝。Neuralink 申请被拒绝一事此前没有被报道过。

这些员工表示,FDA 在向 Neuralink 解释这一拒绝决定时概述了该公司在进行人体试验之前必须解决的数十个问题。人体试验是最终产品获得批准道路上的一个关键里程碑。FDA 的主要安全担忧涉及该设备的锂电池;植入物的微小导线有可能转移到大脑的其他区域;能否以及如何在不损伤脑组织的情况下移除该设备。

在被 FDA 拒绝一年后,Neuralink 仍在努力解决该机构的担忧。三名员工表示,他们怀疑 Neuralink 能否迅速解决这些问题,尽管马斯克在去年 11 月 30 日的演示活动中预测,该公司将在今年春天获得 FDA 的人体试验批准。

Neuralink 尚未披露其人体试验申请的细节、FDA 的拒绝或该机构担忧的程度。作为一家私营公司,它不需要向投资者披露此类监管互动。在去年 11 月长达数小时的演示中,马斯克表示,该公司已经向 FDA 提交了“大部分文件”,但没有具体说明任何正式申请。Neuralink 管理人员承认,FDA 在他们所谓的持续对话中提出了安全问题。

来自 Neuralink 的知情人士拒绝提供 FDA 的书面拒绝文件,这是一份受法律保护的机密文件。Neuralink 匿名员工在采访中描述了安全问题,其中包括四名阅读过 FDA 文件的人以及其他了解该机构担忧的人。

FDA 的拒绝并不意味着 Neuralink 最终无法获得该机构的人体试验批准。但据 FDA 设备审批程序的十几位专家说,该机构的拒绝表明了担忧的严重性。专家们说,被拒绝还增加了该公司随后申请试验批准的风险和难度。FDA 表示,在过去三年里,它已经批准了大约三分之二的设备首次人体试验申请。在第二次审查后,这一比例上升到 85%。但一些专家说,企业往往在三次尝试解决 FDA 担忧后就放弃了,而不是在昂贵的研究上投入更多的时间和金钱。获得人体试验批准的公司通常在申请 FDA 批准商用设备之前至少进行两轮试验。

马斯克和其他 Neuralink 管理人员尚未就该公司的设备或向 FDA 申请人体试验一事置评。FDA 以保护私密商业信息的法律为由,拒绝就 Neuralink 置评。

转自:

https://www.ithome.com/0/677/021.htm

美创企在七名患者身上测试脑机接口技术

2 月 19 日消息,美国脑机接口初创企业 Synchron 始终在研究旨在帮助改善瘫痪病人日常生活的技术,目前该公司正在美国和澳大利亚七名患者身上测试脑机接口技术,让他们可以利用大脑思维操控电脑光标和智能家居等设备

Synchron 首席执行官汤姆・奥克斯利(Tom Oxley)在接受采访时表示:“我见过几次这样的时刻,当患者获得更强的自理能力时,他们及其家人们都觉得难以置信,并为此高兴万分。这项技术帮助他们以更加自然的方式参与到交流之中。”

Synchron 成立于 2012 年,致力于开发新兴的脑机接口 (BCI) 技术,这是一种破译大脑信号并将其转换为外部技术指令的系统。也许这个领域最知名的公司是 Neuralink,这要归功于其创始人埃隆・马斯克(Elon Musk)的高调,他也是特斯拉、SpaceX 和推特的首席执行官。

马斯克希望将脑机接口技术从激进的科学实验最终发展为庞大医疗业务,但他并不是唯一押注的科技界亿万富翁。去年 12 月,Synchron 宣布获得了 7500 万美元融资,投资者包括微软联合创始人比尔・盖茨(Bill Gates)和亚马逊创始人杰夫・贝索斯(Jeff Bezos)旗下投资公司

Synchron 的技术“更具可扩展性”

2020 年 8 月,美国食品和药物管理局(FDA)授予 Synchron 的产品以“突破性设备”称号。这意味着,其产品有可能成为为生命垂危患者提供更好治疗的医疗设备。次年,Synchron 成为首家从 FDA 获得研究设备豁免的公司,可以在人类患者身上进行永久植入试验。

Synchron 正在招募患者进行早期可行性试验,旨在表明该技术可安全用于人体中。在研究期间,六名美国患者体内将被植入 Synchron 的脑机接口设备。该公司首席商务官科特・哈格斯特罗姆(Kurt Haggstrom)表示,目前已经在三名患者体内完成植入。

Synchron 目前还没有任何收入,其发言人称,该公司不会就这项手术的最终成本置评。Synchron 表示,虽然许多竞争对手必须通过开脑手术植入脑机接口设备,但 Synchron 依赖于一种侵入性较小的方法,这种方法建立在数十年现有血管内技术的基础上。

Synchron 的脑机接口设备通过血管植入,其首席执行官奥克斯利称血管为进入大脑的“天然高速公路”。Synchron 的支架被称为 Stentrode,它安装有微型传感器,并被输送到位于运动皮质旁边的大静脉。Stentrode 与位于患者胸部皮肤下的天线相连,收集原始的大脑数据,并将数据从身体内部发送给外部设备。

Synchron 神经科学专家、公司高管 Peter Yoo 表示,由于该设备并非被直接插入脑组织,因此解析大脑信号的质量并不完美。但他说,大脑不喜欢被异物碰触,而且这种手术侵入性较小,因此更容易进行。Peter Yoo 还称:“大约有 2000 名干预学家可以进行这类手术,与只有神经外科医生才能进行的脑部开颅手术或钻孔手术相比,这种方法的可扩展性更强。”

恢复发送短信能力至关重要

对于严重瘫痪或患有肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 等退行性疾病的患者来说,通过打字、发短信以及访问社交媒体等方式,Synchron 的技术可以帮助他们重新获得与朋友、家人和外部世界沟通的能力。患者可以使用 Synchron 的脑机接口设备在网上购物,管理他们的健康和财务,但奥克斯利说,最让他们感到兴奋的是收发短信。

奥克斯利补充道:“失去发送短信的能力会让人陷入极端孤立之中,而恢复这种能力代表着重大意义。”

2021 年 12 月,奥克斯利将他的推特账户交给了一位名叫菲利普・奥基夫(Philip O’Keefe)的患者,后者患有肌萎缩侧索硬化症,双手难以移动。大约 20 个月前,奥基夫被植入了 Synchron 的脑机接口设备。奥基夫在奥克斯利的页面上写道:“你好,世界!短推文,巨大的进步!”

Synchron 的技术已经引起了竞争对手的注意。据报道,马斯克去年曾与该公司接洽,讨论潜在的投资交易。Synchron 拒绝对此置评,Neuralink 也没有回复置评请求

Neuralink 正在开发一种可以直接植入脑组织的脑机接口设备,虽然该公司还没有在人体上进行测试,但马斯克已经表示,他希望今年能开始人体测试。

Synchron 首席商务官哈格斯特罗姆表示,该公司获得的融资将有助于加快产品开发,并推动其进行关键的临床试验,使其产品尽快实现商业化。

Khosla Ventures 的合伙人亚历克斯・摩根(Alex Morgan)表示,虽然 Synchron 的设备看起来像是科幻小说中的东西,但它植根于“真正的科学”,已经对患者的生活产生了重大影响。他补充说:“到目前为止,Synchron 实际上已经在帮助人们。对我来说,这真的是非同寻常。”

今年 1 月,医学杂志《美国医学会神经病学》(JAMA Neuroology) 刊文,发表了 Synchron 在四名澳大利亚患者身上进行脑机接口试验的同行评议长期安全性结果。研究发现,这项技术非常安全,在 12 个月的时间里信号质量或性能没有太大变化。哈格斯特罗姆说:“对我们来说,这是非常关键的认可。”

哈格斯特罗姆还称,在脑机接口行业,商业化才是所有参与者关注的重点。他说:“我总是喜欢竞争,所以对我来说,首先进入市场至关重要。我们会碰到患者,讨论他们的需求和其他事情,所以当你看到这些,你会和这些家庭及其照顾者交谈,你想以最快的速度为他们的日常生活提供帮助。”

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